1、舯剖面結構圖設計實習單位：聯合船舶設計發展中心 結構組學校：高雄海洋科技大學指導老師：陳祥明 組長姓名：陳淑樺第1页，共27页。目錄舯剖面結構圖設計概念結構佈置之決定鋼材,肋骨間距之選定法規設計概念及流程C.R.法規之應用EXCEL 程式計算之應用第2页，共27页。舯剖面結構圖設計概念l 一般貨櫃船的縱向強度，舯拱問題較大，即船舯部分之浮力大於船重，為減輕縱向彎曲力矩，設計時宜將各裝載重量盡量靠近船舯。因此船體結構設計通常由舯剖面結構圖開始著手,再依此往艏艉段延續?i。l舯剖面結構圖(Midship Section)是船體結構圖中最主要的參考圖，繪製船舯附近橫向結構、縱向結構及隔艙壁結構，並詳
2、細標示各結構的板厚及寸法，各部位結構圖均以舯剖面結構圖作為基本圖樣延伸繪製。第3页，共27页。舯剖面結構圖設計概念(續）l 船體設計由舯剖面結構圖(Midship Section)開始。依據初步設計擬定之斷面形狀及艙區佈置，首先安排肋骨及縱向骨材之位置，在遵循船級協會法規之經驗或半經驗公式計算各部份結構應有的最小尺寸(Initial Scantlings)。第4页，共27页。舯剖面結構圖設計概念(續）舯剖面結構圖包含了下列四項:甲板結構:甲板(Deck)、縱桁(Girder)、樑(Beam)、橫桁 (Transverse)及支柱(Pillar)等組成。船側結構:外板(Shell plate)、
3、肋骨(Frame)、側縱樑(Side stringer)、橫桁(Transverse)等.船底結構:1.單底(Single bottom):船底板(Bottom)、底肋板(Floor)、中 線內龍骨 (Center keelson)、側內龍 骨等組合而成。2.二重底(Double bottom):船底板、內底板(Inner bottom)、中線縱樑(Center girder)側縱樑(Side girder)、實體肋板 (Solid floor)、空架肋板、縱向肋骨等組成。艙壁結構:艙壁板、加強材(Stiffener)、加強桁等.第5页，共27页。結構佈置之決定(1).根據一般佈置圖初步決定：
4、根據一般佈置圖初步決定：(a).甲板層數及高度 (b).縱向隔艙壁的道數及位置 (c).採用單底或二重底。(2).選擇肋骨系統選擇肋骨系統：橫向、縱向、混構式，依照規範書要求、根據經驗，或參考類似船、比較結構材寸法計算結果，選擇最符 合經濟效益之肋骨系統。第6页，共27页。結構佈置之決定(續）(3).橫向肋骨標準間距：橫向肋骨標準間距：(s)=2L+480mm(4).縱向肋骨間距：縱向肋骨間距：需配合縱向隔艙壁或是側縱樑之位置(5).一致性一致性：兩個連接之構件應在同一平面上，亦指受力須在同一直線或同一點上，即為上下柱子、鋼板相接及加強材與下方支撐皆須要對齊，故設計及製造時均須考慮此問題。第7
5、页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定l 船體是由甲板、底板、兩舷側外板、縱向隔艙壁所組成的盒狀結構，並由縱橫排列之強力構件形成骨架系統支撐船體。l所以決定肋骨間距與鋼材之選用，對其整體結構之影響在於是否能承受下列幾項:1船體在波浪或靜水中所承受的浮力及載重2船身本身的重量所形成的縱向彎矩3船體橫搖受水衝擊等所產生的橫向負荷第8页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定鋼材使用於船體材料中，鋼材被廣泛使用，鋼材之優點有：(1.)強度高、勁度大。(2.)易加工、接合及修補。(3.)防水、防油及氣密性優良。(4.)抗腐蝕性佳。(5.)焊接性優良。船舶結構用鋼依強度可分為:軟鋼(Mild steel)以及 高張
6、力鋼(Higher Tensile steel)第9页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續）軟鋼軟鋼(Mild steel)：l 一般所謂的鋼，係指降伏應力為2328kg/mm2，拉伸應力為4150kg/mm2，之軟剛而言其品質隨發展過程有極大的改變。對焊接而言，需具有良好的可焊性以及必須具有防止裂紋產生及阻止裂紋延伸的功能。依具備之性能的高低，將軟鋼分為A、B、D、E四類，視結構所需來做適當的選擇。第10页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續）各級軟鋼使用範圍:依結構重要性、切口韌性值需求而定:1.舯部份:甲板、底板等受縱向彎曲應力最大的地方，使用B或D級鋼料。2.艏艉:甲板、底板等
7、使用A、B級(比舯部低一級)3.散裝貨輪艙口之彎角：乃強度上重要部分，因此鋼料會比強度甲板更高級。4.縱向材之小型部材或橫向材：無論使用在船上之任何位置，除厚板外用A級鋼 即可。第11页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續）高張力鋼高張力鋼(Higher Tensile steel)：l 高張力鋼一般船用鋼板有HT32、HT36。HT32的降伏應力為32kg/mm2，拉伸應力約為48kg/mm2，日本使用較多；HT36之降伏應力為36kg/mm2，拉伸應力約為50kg/mm2。l 依缺口韌性值也分為AH、DH、EH，常用於大型船舶結構之甲板以下及船底以上10%船身處，因中性軸附近應力較小所
8、以無須使用高張力鋼。第12页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定鋼材(續）高張力鋼之優缺點:1.重量減少2.板厚減少3.工作量減少4.載貨增加優點1.價格較高2.技術要求較高3.結構性撓較大4.疲勞壽命較短5.腐蝕預留減低缺點第13页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距肋骨間距肋骨間距船體依加強材佈置方式分為：1.縱肋系統(Longitudinal Frame System)2.橫肋系統(Transverse Frame System)第14页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距(續）縱向肋骨系統結構：小型船之間距約300mm500mm。大型船之間距約600mm950mm。其中縱向大肋骨(
9、Girder)須位於兩貨櫃之間，係因為貨櫃兩邊施予內底板較大的負荷，因此須在兩貨櫃間加上Girder來支撐避免內底板破損。一般而言，肋骨間距越小板厚可較薄，整體重量較輕，但施工工時會增加。第15页，共27页。鋼材,肋骨間距之選定肋骨間距(續）加強肋加強肋：加強肋約佔船體鋼料重量之25%，其形式可分為型鋼及組合財兩種，其中型鋼如角型鋼、球緣型鋼等，組合材則為扁條、T型、L型等。第16页，共27页。法規設計概念及流程l 船體結構設計之目的為決定結構形狀及尺寸，使其能有足夠的強度能承受承載之負荷並達到最佳的效益。l 法規設計係指，以船舶入級之船級協會法規作為設計基礎，並以此作為衡量結構安全度的規範，
10、來取得船級協會對該船舶建造許可，此種結構設計法稱為 法規設計”。第17页，共27页。C.R.法規之應用範例船之基本資料：(1).船型:貨櫃船 (2).裝載量:1000 TEU(3).主要尺寸:L.B.P=145.000 mB(mld)=22.700 mD(mld)=11.235 md(scent.)=9.000 mCb=0.66(4).Overflow之高度：Double bottom tank:1500 mml本章節係以中國驗船中心(CR)為主，利用範例船來做為法規之應用，說明舯剖面各部位寸法計算以及舯剖面模數計算之應用。第18页，共27页。C.R.法規之應用(續）各部位寸法計算各部位寸法計
11、算 船級法規對結構尺寸分為板厚與骨材之規範，計算程序為:STEP3以剖面模數選擇加強材STEP2計算骨材之剖面模數STEP1求出板材厚度各部位寸法計算程序第19页，共27页。C.R.法規之應用(續）1.平板龍骨板厚度 Thickness of plate keel2.舯部中線縱樑板 Thickness of Center Keels girder plate3.縱向側板 side girder plating4.內底板 Inner Bottom plating5.船側外板 Shell plating6.船底殼板 Bottom shell plating7.舷側厚板 Shear strake8.
12、舯部強度甲板鋼板之厚度Upper deck plating9.艙壁板之厚度 Thickness of bulkhead plating計算各部位之板厚計算各部位之板厚：下列各項依中國驗船中心(CR)之鋼船建造與入級規範 第二分冊為依據:第20页，共27页。C.R.法規之應用(續）法規對各部位構件板厚與實船之比較：RuleItem C.R(mm)SHIP(mm)(1).平板龍骨板厚度14.2415(2).舯部中線縱樑板 13.8814(3).縱向側板 9.9210(4).內底板9.7 10.5(5).船側外板12.6513(6).船底殼板12.74 13.5(7).舷側厚板13.517(8).舯
13、部強度甲板鋼板之厚度10.0725(9).艙壁板之厚度10.7711第21页，共27页。C.R.法規之應用(續）各構件之剖面模數及加強材之選擇：各構件之剖面模數及加強材之選擇：l 加強材是用來支撐板材，並將其所承受之負荷傳遞至girder、web等深桁材或隔艙壁板上，因此各板材之厚度求出後，再利用CR法規中所訂定之剖面模數公式Z=Cshl2，來計算各部位之剖面模數進而選擇加強材之尺寸。l 其中C與兩端邊界條件有關，剖面模數Z與加強材跨距l的平方成正比。l 還需注意加強材之深度不得小於其跨距的1/40，以避免變形量過大。第22页，共27页。C.R.法規之應用(續）法規對各部位構件剖面模數與實船之
14、比較RuleItem250 x25 F.B.125x75x7 I.A.817.15162.74 深艙艙壁加強肋(c)150 x90 x9 I.A.125x75x7 I.A.207.8114.55 深艙艙壁加強肋(b)150 x90 x9 I.A.256.8255.63(4).深艙艙壁加強肋(a)350 x 25 FB510.417164.3(2).甲板縱材 150*90*9 I.A.18156.02(1).底肋板加強材型鋼尺寸SHIP(cm3)C.R(cm3)第23页，共27页。C.R.法規之應用(續）舯剖面模數計算：舯剖面模數計算：l 一般貨櫃船，左右對稱居多，因此其中性軸為一水平線，假設在
15、對稱軸上由中性軸向上取y，當此剖面受彎矩為M時，剖面上在船長之彎應力表示為=y=y M/IM/Il其中I為剖面對中性軸(NA)之慣性矩，而y為應力點至中性軸之垂直距離。l在縱向強度中，其重點在於船體上所產生之最大彎曲應力值，M值在最大橫剖面位置且在船舯附近，因此船體之最大彎曲應力係在舯剖面上離中性軸最遠的地方如:甲板、船底處，因而一般在評估船體縱向強度時，船體的最大彎應力 max 表示為max=Mm/ZZ=I/Yl其中Mm為舯部之縱向彎矩，Y為舯剖面離中性軸最遠之垂直距離，而Z值即為舯剖面模數(Midship section modulus)，為決定剖面上最大彎應力之主要係數。第24页，共27页。C.R.法規之應用(續）在計算過程無誤的情況下實際剖面模數小於理論剖面模數，就必須再做加強，通常會在靠近上甲板型處增加板厚、型鋼尺寸加大或者使用高張力鋼來做加強。第25页，共27页。EXCEL 程式計算之應用利用excel來編寫計算程式，計算出各部位依據法規要求所的理論板厚、剖面模數。通常會實際所用的板厚會理論板厚還大；實際的剖面模數也必須比理論值大。第26页，共27页。EXCEL 程式計算之應用(續）理論板厚與實際使用板厚及加強材之選用：第27页，共27页。
